有机半导体PDAAQ复合与Bi负载协同增强BiVO4光电化学阴极保护性能的研究

本文创新性地构建了BiVO4/PDAAQ/Bi三相异质结光阳极，通过形成II型异质结和表面等离子体共振（SPR）效应，显著提升了光生载流子分离效率和光吸收能力，使光电流密度达到40 μA·cm-2，光致电位降达540 mV，为绿色防腐技术提供了新策略。

　　

Highlight

本研究通过两步水热法成功构建了BiVO₄/PDAAQ/Bi异质结光阳极，该结构通过有机半导体聚-2,6-二氨基蒽醌（PDAAQ）与金属铋（Bi）的协同作用，显著增强了光生电荷分离效率和光吸收能力。

材料结构表征

如图1a所示，X射线衍射（XRD）图谱显示BVO/P/B光阳极在27.2°、38.0°等处出现Bi单质的特征衍射峰，证实了Bi的成功负载。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）中位于1628 cm^-1和1560 cm^-1的特征峰归属于PDAAQ的C=O和C-N振动峰，证明了PDAAQ的成功聚合。X射线光电子能谱（XPS）进一步揭示了Bi 4f_7/2和Bi 4f_5/2的结合能峰，以及N 1s和C=O特征峰，验证了三相异质结的成功构建。

光电化学性能

紫外-可见吸收光谱显示BVO/P/B-3在可见光区吸收显著增强，这归因于Bi纳米粒子的表面等离子体共振（SPR）效应。莫特-肖特基分析表明BiVO₄的平带电位为-0.52 V（vs. Ag/AgCl），而其与PDAAQ形成的II型异质结有效促进了光生电子-空穴对的分离。电化学阻抗谱（EIS）显示BVO/P/B-3具有最小的电荷转移电阻，表明其具有最优的界面电荷传输性能。

光电阴极保护性能

在3.5 wt% NaCl溶液中，BVO/P/B-3光阳极与304不锈钢（304 SS）耦合后，开路电位（OCP）在光照下发生540 mV的负移，光电流密度达到40 μA·cm^-2，分别是纯BiVO₄的1.4倍和2.5倍。这种显著的性能提升主要源于PDAAQ/BiVO₄异质结的高效电荷分离和Bi纳米粒子的SPR效应协同作用。

结论

通过两步水热法成功制备了BiVO₄/PDAAQ/Bi异质结光阳极，该材料表现出优异的光电化学阴极保护（PECCP）性能，为设计有机-无机杂化体系实现绿色防腐提供了新思路。